DE102020205680A1 - Method for determining a minimum width and an attachment position of a microjoint and method for machining a workpiece - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer minimalen Breite (BMJ,min) eines Microjoints (17), durch den ein Werkstückteil (14) beim Bearbeiten eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks (8) mit einem Restwerkstück (15) des Werkstücks (8) verbunden bleibt. Bei dem Verfahren wird die minimale Breite (BMJ,min) des Microjoints (17) in Abhängigkeit von mindestens einem Bearbeitungsparameter (p) bestimmt, der beim Bearbeiten des Werkstücks (8) eine relative Lage des Werkstückteils (14) zu dem Restwerkstück (15) beeinflusst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen einer Ansatzposition (m) eines solchen Microjoints (17) sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks (8).The invention relates to a method for determining a minimum width (BMJ, min) of a microjoint (17), by means of which a workpiece part (14) remains connected to a remaining workpiece (15) of the workpiece (8) when machining an in particular plate-shaped workpiece (8) . In the process, the minimum width (BMJ, min) of the microjoint (17) is determined as a function of at least one machining parameter (p) which, when machining the workpiece (8), defines a relative position of the workpiece part (14) to the remaining workpiece (15) influenced. The invention also relates to a method for determining an attachment position (m) of such a microjoint (17) as well as a method for processing an in particular plate-shaped workpiece (8).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer minimalen Breite eines Microjoints, durch den beim Bearbeiten eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks ein Werkstückteil mit einem Restwerkstück des Werkstücks verbunden bleibt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen einer Ansatzposition eines solchen Microjoints sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks, das Verfahren umfassend: Bearbeiten des Werkstücks unter Ausbildung mindestens eines Microjoints, durch den ein Werkstückteil mit einem Restwerkstück verbunden bleibt. The present invention relates to a method for determining a minimum width of a microjoint, by means of which a workpiece part remains connected to a remaining workpiece of the workpiece when a workpiece, in particular a plate-shaped workpiece, is machined. The invention also relates to a method for determining an attachment position of such a microjoint and a method for machining an in particular plate-shaped workpiece, the method comprising: machining the workpiece with the formation of at least one microjoint through which a workpiece part remains connected to a remaining workpiece.
Microjoints sind Haltestege zwischen Werkstückteilen und einem Restwerkstück, das nachfolgend gelegentlich auch als Restgitter bezeichnet wird. Microjoints werden z.B. beim Laserschneiden oder beim Stanzen von insbesondere plattenförmigen Werkstücken hauptsächlich gesetzt, um ansonsten freigetrennte Werkstückteile verkippungsfrei im Restgitter zu halten und auf diese Weise z.B. Kollisionen zwischen dem Bearbeitungskopf bei der Werkstückbearbeitung und dem Werkstückteil zu verhindern. Microjoints vereinfachen außerdem das automatische Entladen der Werkstückteile gemeinsam mit dem Restgitter.Microjoints are holding bars between workpiece parts and a remainder of the workpiece, which is sometimes also referred to as scrap skeleton in the following. Microjoints are mainly used when laser cutting or punching, in particular, plate-shaped workpieces in order to keep otherwise separated workpiece parts tilt-free in the scrap skeleton and in this way, for example, to prevent collisions between the processing head during workpiece processing and the workpiece part. Microjoints also simplify the automatic unloading of the workpiece parts together with the scrap skeleton.
Die Haltestege bzw. die Microjoints werden erzeugt, indem man die Außenkontur des Werkstückteils nicht ganz zu Ende schneidet bzw. stanzt. Kleine Haltestege mit einer Breite von einigen Zehnteln Millimeter bis zu einem Millimeter (sogenannte Microjoints) werden vom Programmierer des Steuerungsprogramms für die Bearbeitungsmaschine, beispielsweise eine Laserschneidanlage, entweder manuell oder durch ein in der Programmiersoftware enthaltenes Regelwerk gesetzt. Die Größe und die Ansatzposition des Microjoints entlang der Außenkontur des Werkstückteils muss dabei üblicherweise vom Programmierer festgelegt werden. Dabei sind meistens alle an einem plattenförmigen Werkstück gesetzten Microjoints gleich breit, unabhängig von den Prozessbedingungen, Werkstückteileigenschaften (Gewicht, Geometrie), Werkstoff, usw.The holding webs or the microjoints are created by not cutting or punching the outer contour of the workpiece part all the way to the end. Small retaining bars with a width of a few tenths of a millimeter to one millimeter (so-called microjoints) are set by the programmer of the control program for the processing machine, for example a laser cutting system, either manually or using a set of rules contained in the programming software. The size and the attachment position of the microjoint along the outer contour of the workpiece part usually has to be determined by the programmer. In most cases, all microjoints placed on a plate-shaped workpiece are of the same width, regardless of the process conditions, workpiece part properties (weight, geometry), material, etc.
Dies hat zur Folge, dass Microjoints an kleinen Werkstückteilen tendenziell zu breit sind und die kleinen Werkstückteile somit nur sehr schwer aus dem Restgitter entnommen werden können. Zusätzlich ist die für das Entfernen der zu breiten Microjoints notwendige Nacharbeit aufwändig. Generell gilt: Je breiter der Microjoint, desto größer die Nacharbeit, um Ansatzmarken an der Schneid- bzw. Stanzkante zu entfernen. An großen Werkstückteilen kann dagegen der vom Programmierer gesetzte Microjoint nicht breit genug sein, so dass das Werkstückteil nicht sicher im Restgitter gehalten wird und eine Kollision zwischen dem verkippten Werkstückteil und dem Bearbeitungskopf die Folge sein kann.As a result, microjoints on small workpiece parts tend to be too wide and the small workpiece parts can therefore only be removed from the scrap skeleton with great difficulty. In addition, the reworking necessary to remove the microjoints that are too wide is time-consuming. In general, the wider the microjoint, the greater the reworking required to remove marks on the cutting or punching edge. On large workpiece parts, on the other hand, the microjoint set by the programmer cannot be wide enough so that the workpiece part is not securely held in the scrap skeleton and a collision between the tilted workpiece part and the machining head can result.
Aus JPH0663659A ist es bekannt, die optimale Breite eines Microjoints in Abhängigkeit von der Werkstückdicke, der Länge und der physikalischen Eigenschaften des Werkstückmaterials sowie der Fläche des freigetrennten Werkstückteils zu berechnen. Aus JPH0439706A ist es bekannt, eine optimale Microjoint-Breite, die vom Material und der Dicke des Werkstücks abhängig ist, automatisiert aus einer Parameter-Datenbank auszulesen.From JPH0663659A it is known to calculate the optimal width of a microjoint as a function of the workpiece thickness, the length and the physical properties of the workpiece material and the area of the separated workpiece part. From JPH0439706A it is known to automatically read out an optimal microjoint width, which depends on the material and the thickness of the workpiece, from a parameter database.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren zum Bestimmen einer minimalen Breite eines Microjoints, einer Ansatzposition eines Microjoints sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks anzugeben, bei denen der Microjoint eine optimale Breite aufweist.The invention is based on the object of specifying a method for determining a minimum width of a microjoint, an attachment position of a microjoint and a method for machining a workpiece, in which the microjoint has an optimal width.
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die minimale Breite des Microjoints in Abhängigkeit von mindestens einem Bearbeitungsparameter festgelegt wird, der während des Bearbeitens des Werkstücks eine relative Lage des Werkstückteils zu dem Restwerkstück beeinflusst.According to a first aspect, this object is achieved by a method of the type mentioned in the introduction, in which the minimum width of the microjoint is determined as a function of at least one machining parameter that influences a relative position of the workpiece part to the remaining workpiece during machining of the workpiece.
Die Erfinder haben erkannt, dass für die Bestimmung einer optimierten Microjoint-Breite nicht - wie in JPH0663659A - nur Parameter des Werkstückteils bzw. Werkstückteilinformationen berücksichtigt werden müssen, sondern auch Bearbeitungsparameter eines Prozesses bzw. eines Bearbeitungsverfahrens, in dem das Werkstückteil gebildet (typischerweise geschnitten oder gestanzt) oder manipuliert (z.B. verschoben) wird. Der mindestens eine Bearbeitungsparameter beeinflusst typischerweise beim Bearbeiten des Werkstücks eine Relativposition bzw. eine relative Lage des Werkstückteils zu dem Restwerkstück. Wird die minimal zulässige Breite des Microjoints unterschritten, ist keine prozesssichere Bearbeitung des Werkstücks mehr möglich, da das mit dem Restwerkstück über den Microjoint verbundene Werkstückteil mit Bauteilen einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise mit einer Bearbeitungsdüse, kollidieren kann oder ggf. mit dem Restwerkstück verhakt.The inventors have recognized that to determine an optimized microjoint width, not only parameters of the workpiece part or workpiece part information have to be taken into account - as in JPH0663659A - but also machining parameters of a process or a machining method in which the workpiece part is formed (typically cut or punched) or manipulated (e.g. moved). The at least one machining parameter typically influences a relative position or a relative position of the workpiece part to the remaining workpiece when machining the workpiece. If the minimum permissible width of the microjoint is not reached, reliable processing of the workpiece is no longer possible, since the workpiece part connected to the remaining workpiece via the microjoint with components of a Processing machine, for example with a processing nozzle, can collide or possibly get caught with the remaining workpiece.
Bei dem Bearbeitungsparameter kann es sich beispielsweise um den auf das Werkstückteil einwirkenden Schneidgasdruck beim Laserschneiden, um die Beschleunigung und/oder Haftreibung beim Verschieben des Werkstückteils gemeinsam mit dem Restwerkstück entlang einer Werkstückauflage, um Vibrationen bei einer kombinierten Stanz-Laser-Bearbeitung des Werkstücks, etc. handeln.The machining parameters can be, for example, the cutting gas pressure acting on the workpiece part during laser cutting, the acceleration and / or static friction when moving the workpiece part together with the remaining workpiece along a workpiece support, vibrations during a combined punch-laser machining of the workpiece, etc. . Act.
Die minimale Breite des Microjoints wird vor dem Bearbeiten des Werkstücks bestimmt. Der mindestens eine Bearbeitungsparameter, welcher die relative Lage beeinflusst, ist z.B. in einem Programmiersystem für die Erstellung der Steuerungsprogramme zum Bearbeiten von Werkstückteilen hinterlegt und daher im Voraus bekannt, so dass die minimale Breite des Microjoints vor dem Bearbeiten des Werkstücks bestimmt werden kann.The minimum width of the microjoint is determined before the workpiece is machined. The at least one machining parameter that influences the relative position is stored, for example, in a programming system for creating the control programs for machining workpiece parts and is therefore known in advance so that the minimum width of the microjoint can be determined before machining the workpiece.
Neben dem mindestens einen Bearbeitungsparameter wird die Breite des Microjoints auch in Abhängigkeit von Werkstückinformationen festgelegt. Bei den Werkstückinformationen kann es sich um das Werkstückmaterial, um physikalische Werkstückeigenschaften (z.B. E-Modul und Streckgrenze des Werkstoffs), um die Belegung (Schachtelung) des plattenförmigen Werkstücks mit beim trennenden Bearbeiten zu bildenden Werkstückteilen, um Werkstückteileinformationen, etc. handeln. Beispiele für Werkstückteileinformationen sind: Geometrie des Werkstückteils, Gewicht des Werkstückteils, Lage des Werkstückteils auf dem Werkstück sowie relativ zu den Auflagestegen der Werkstückauflage (Liegepolygon), einwirkende Gewichtskraft, etc.In addition to the at least one machining parameter, the width of the microjoint is also determined as a function of workpiece information. The workpiece information can be the workpiece material, physical workpiece properties (e.g. E-modulus and yield point of the material), the allocation (nesting) of the plate-shaped workpiece with workpiece parts to be formed during cutting, workpiece part information, etc. Examples of workpiece part information are: geometry of the workpiece part, weight of the workpiece part, position of the workpiece part on the workpiece as well as relative to the support bars of the workpiece support (lying polygon), acting weight force, etc.
Es ist möglich, anhand dieser Werkstückinformationen im Programmiersystem für die Erstellung der Steuerungsprogramme zum Schneiden der Werkstückteile die Breite eines Microjoints in Abhängigkeit von der Entfernung des Microjoints vom Schwerpunkt des Werkstückteils so zu berechnen, dass der Microjoint verhindert, dass das Werkstückteil durch die Gewichtskraft gegenüber dem Restwerkstück verkippt. Zu diesem Zweck darf das am Microjoint durch die Gewichtskraft des Werkstückteils wirkende Moment nicht so groß sein, dass die Streckgrenze des Microjoints überschritten wird.Using this workpiece information in the programming system for creating the control programs for cutting the workpiece parts, it is possible to calculate the width of a microjoint depending on the distance of the microjoint from the center of gravity of the workpiece part in such a way that the microjoint prevents the workpiece part from being affected by the weight force Remaining workpiece tilted. For this purpose, the moment acting on the microjoint due to the weight of the workpiece part must not be so great that the yield point of the microjoint is exceeded.
Bei der Berechnung kann berücksichtigt werden, dass sich der Microjoint durch die Krafteinwirkung des Werkstückteils elastisch und plastisch verformt. Je größer die Breite des Microjoints ist, desto weniger stark verkippt typischerweise das Werkstückteil. Die maximal zulässige Aufstehhöhe des Werkstückteils beim Verkippen muss dabei bei einer Bearbeitungsmaschine z.B. in Form einer Laserschneidmaschine kleiner sein als der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse des Laserschneidkopfs und dem Werkstück. In der Praxis liegt dieser Abstand üblicherweise im Wertebereich zwischen 0,4 mm - 1 mm. Aus dieser maximal zulässigen Aufstehhöhe und der Geometrie des Werkstückteils kann der maximal zulässige Verkippwinkel αmax des Werkstückteils berechnet werden. Aus dem maximalen Verkippwinkel αmax folgt für die Breite BMJ des Microjoints:
Die obige Berechnung ist ausreichend, wenn das Schnittende der Außenkontur des Werkstückteils am Microjoint liegt, der Microjoint also dadurch gebildet wird, dass die (Außen-)Kontur nicht vollständig zu Ende geschnitten wird. In diesem Fall spielt die an der Stelle des Microjoints durch den Gasdruck des aus der Bearbeitungsdüse austretenden Schneidgases auf das Werkstückteil einwirkende Kraft des Schneidgases am Schnittende nur eine untergeordnete Rolle, da das Werkstückteil an dieser Stelle durch den Microjoint gehalten ist.The above calculation is sufficient if the cutting end of the outer contour of the workpiece part lies at the microjoint, i.e. the microjoint is formed by the (outer) contour not being completely cut to the end. In this case, the force of the cutting gas acting on the workpiece part at the point of the microjoint due to the gas pressure of the cutting gas exiting the machining nozzle plays only a minor role at the end of the cut, since the workpiece part is held at this point by the microjoint.
Bei einer Variante des weiter oben beschriebenen Verfahrens umfasst das Bearbeiten des Werkstücks ein thermisches Schneiden des Werkstücks mit einem Bearbeitungsstrahl, insbesondere mit einem Laserstrahl, wobei die minimale Breite des mindestens einen Microjoints in Abhängigkeit von einem Bearbeitungsparameter in Form eines beim Freischneiden des Werkstückteils vom Restwerkstück auf das Werkstückteil einwirkenden Gasdrucks eines aus einer Bearbeitungsdüse austretenden Schneidgases bestimmt wird.In a variant of the method described above, the processing of the workpiece includes thermal cutting of the workpiece with a processing beam, in particular with a laser beam, the minimum width of the at least one microjoint depending on a processing parameter in the form of a cut-off of the workpiece part from the remaining workpiece the gas pressure of a cutting gas exiting from a machining nozzle acting on the workpiece part is determined.
Bei dieser Variante wirkt der Gasstrom typischerweise an einer von dem Microjoint beabstandeten Freischneideposition entlang der Außenkontur auf das Werkstückteil ein. Unter der Freischneideposition wird diejenige Position entlang der Außenkontur des Werkstückteils verstanden, an dem das Schnittende liegt. Nach dem Erreichen der Freischneideposition erfolgt in der Regel keine weitere schneidende Bearbeitung entlang der Außenkontur des Werkstückteils.In this variant, the gas flow typically acts on the workpiece part along the outer contour at a free cutting position that is spaced apart from the microjoint. The free cutting position is understood to mean that position along the outer contour of the workpiece part at which the end of the cut lies. After reaching the free cutting position, there is generally no further cutting machining along the outer contour of the workpiece part.
Wird der Microjoint an einer Stelle der Außenkontur gesetzt, die nicht der Freischneideposition / dem Schnittende entspricht, so wirkt in dem Moment, in dem die Außenkontur am Schnittende geschlossen wird, an dieser Freischneideposition der Gasdruck des Schneidgases auf das Werkstückteil ein. Je nachdem, wie das Werkstückteil relativ zu den unterstützenden Werkstückauflageelementen (Auflagestege, Auflageschlitten, ...) angeordnet ist, kann es Bereiche der Außenkontur geben, an denen der Gasdruck des Schneidgases an der Freischneideposition zu einem Kippen des Werkstückteils führt.If the microjoint is set at a point on the outer contour that does not correspond to the free cutting position / the end of the cut, the gas pressure of the cutting gas acts on the workpiece part at this free cutting position at the moment the outer contour is closed at the end of the cut. Depending on how the workpiece part is arranged relative to the supporting workpiece support elements (support bars, support slides, ...), there may be areas of the outer contour where the gas pressure of the cutting gas at the free cutting position causes the workpiece part to tilt.
Bei einer Weiterbildung wird eine minimale Breite des Microjoints bestimmt, bei der bei einem durch die Einwirkung des Gasdrucks auf das Werkstückteil bedingten Verkippen des Werkstückteils relativ zu dem Restwerkstück eine maximale Aufstehhöhe, mit der das Werkstückteil über das Restwerkstück übersteht, nicht überschritten wird. In diesem Fall ist die (minimale) Breite des Microjoints so groß, dass die Aufstehhöhe des kippenden Werkstückteils eine vorgegebene Maximalhöhe nicht übersteigt.In a further development, a minimum width of the microjoint is determined at which, when the workpiece part tilts relative to the remaining workpiece due to the action of the gas pressure on the workpiece part, a maximum height at which the workpiece part protrudes over the remaining workpiece is not exceeded. In this case, the (minimum) width of the microjoint is so large that the standing height of the tilting workpiece part does not exceed a specified maximum height.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die maximale Aufstehhöhe nicht größer als ein Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Restwerkstück, wobei der Abstand bevorzugt bei weniger als 2 mm, besonders bevorzugt bei weniger als 1 mm liegt. Die minimale Breite des Microjoints wird in diesem Fall so bestimmt, dass eine Kollision des aufstehenden Werkstückteils mit der Bearbeitungsdüse des Laserschneidkopfs verhindert wird. Der Abstand wird typischerweise zwischen der Stirnseite der Bearbeitungsdüse und dem Restwerkstück bestimmt.In an advantageous development, the maximum standing height is not greater than a distance between the processing nozzle and the remaining workpiece, the distance preferably being less than 2 mm, particularly preferably less than 1 mm. In this case, the minimum width of the microjoint is determined in such a way that a collision of the upright workpiece part with the processing nozzle of the laser cutting head is prevented. The distance is typically determined between the end face of the machining nozzle and the remaining workpiece.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Bearbeiten des Werkstücks ein Verschieben des Restwerkstücks gemeinsam mit dem Werkstückteil entlang einer Werkstückauflage, wobei die minimale Breite des mindestens einen Microjoints in Abhängigkeit von mindestens einem Bearbeitungsparameter in Form einer Beschleunigung des Restwerkstücks beim Verschieben entlang mindestens einer Verschieberichtung bestimmt wird. Die Beschleunigung entlang einer jeweiligen Verschieberichtung entspricht typischerweise einem Achsparameter eines Antriebs einer Bearbeitungsmaschine, der dazu ausgebildet ist, das Restwerkstück gemeinsam mit dem Werkstückteil entlang der jeweiligen Achs- bzw. Verschieberichtung zu verschieben.In a further variant, the processing of the workpiece includes moving the remaining workpiece together with the workpiece part along a workpiece support, the minimum width of the at least one microjoint being determined as a function of at least one processing parameter in the form of an acceleration of the remaining workpiece when moving along at least one displacement direction. The acceleration along a respective displacement direction typically corresponds to an axis parameter of a drive of a processing machine, which is designed to move the remaining workpiece together with the workpiece part along the respective axis or displacement direction.
Die Werkstückauflage kann Werkstückauflageelemente beispielsweise Form von Kugeln, Bürsten oder dergleichen aufweisen, um die Reibung beim Verschieben des Restwerkstücks mit dem über den mindestens einen Microjoint angebundenen Werkstückteil entlang der Werkstückauflage zu reduzieren. In der Regel existieren zwischen den Werkstückauflageelementen entlang der Werkstückauflage Bereiche, in denen das Werkstück bzw. das durch den Microjoint gehaltene Werkstückteil nicht unterstützt wird. Beim Verschieben eines durch einen Microjoint gehaltenen Werkstückteils auf der Werkstückauflage, wie es bei Sheetmover-Maschinen (z.B. Stanz- oder Stanz-Laser-Kombinationsmaschinen) erfolgt, wirkt auf das Werkstückteil die Gewichtskraft in Z-Richtung, wenn das Werkstückteil einen nicht unterstützenden Bereich der Werkstückauflage überfährt. Zusätzlich wird das Werkstückteil in der X-Y-Ebene um den Microjoint gebogen. Die minimale Breite des Microjoints ist daher auch dadurch bedingt, dass die Biegung des Microjoints nicht so stark wird, dass das Werkstückteil unter oder über das Restwerkstück rutscht.The workpiece support can have workpiece support elements, for example in the form of balls, brushes or the like, in order to reduce the friction when moving the remaining workpiece with the workpiece part connected via the at least one microjoint along the workpiece support. As a rule, there are areas between the workpiece support elements along the workpiece support in which the workpiece or the workpiece part held by the microjoint is not supported. When moving a workpiece part held by a microjoint on the workpiece support, as is the case with sheetmover machines (e.g. punching or punch-laser combination machines), the weight force acts on the workpiece part in the Z direction if the workpiece part is in a non-supporting area Workpiece support traversed. In addition, the workpiece part is bent around the microjoint in the X-Y plane. The minimum width of the microjoint is therefore also due to the fact that the bending of the microjoint is not so strong that the workpiece part slips under or over the remaining workpiece.
Bei einer weiteren Variante wird eine minimale Breite des Microjoints bestimmt, bei der beim Verschieben des Werkstückteils gemeinsam mit dem Restwerkstück eine Biegespannung an dem Microjoint eine maximale Biegespannung nicht überschreitet. Der Wert für die maximale Biegespannung wird typischerweise derart festgelegt, dass das Werkstückteil beim Verschieben entlang der Werkstückauflage nicht unter oder über das Restwerkstück rutscht.In a further variant, a minimum width of the microjoint is determined at which, when the workpiece part is moved together with the remaining workpiece, a bending stress on the microjoint does not exceed a maximum bending stress. The value for the maximum bending stress is typically set in such a way that the workpiece part does not slip under or over the remaining workpiece when it is moved along the workpiece support.
Bevorzugt ist die maximale Biegespannung an dem Microjoint nicht größer als eine Steckgrenze des Materials des Werkstücks. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter der Streckgrenze die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 (Elastizitätsgrenze) verstanden, da diese (im Gegensatz zur Streckgrenze) immer eindeutig aus dem Nennspannungs-Totaldehnungs-Diagramm ermittelt werden kann. Wird die Streckgrenze des Materials des Werkstücks überschritten, wird der Microjoint beim Biegen plastisch verformt, so dass das Werkstückteil typischerweise dauerhaft in einer relativ zum Restwerkstück verkippten Lage verbleibt.The maximum bending stress at the microjoint is preferably not greater than a yield point of the material of the workpiece. For the purposes of this application, the 0.2% yield point R p0.2 (elastic limit) is understood as the yield point, since this (in contrast to the yield point) can always be clearly determined from the nominal stress / total elongation diagram. If the yield point of the material of the workpiece is exceeded, the microjoint is plastically deformed during bending, so that the workpiece part typically remains permanently in a tilted position relative to the rest of the workpiece.
Bei einer weiteren Weiterbildung dieser Variante setzt sich die minimale Breite des Microjoints aus der minimalen Breite des Microjoints, bei der die maximale Biegespannung nicht überschritten wird, und aus einem Sicherheitsfaktor zusammen, wobei der Sicherheitsfaktor bevorzugt von der minimalen Breite des Microjoints abhängig ist, bei der die maximale Biegespannung nicht überschritten wird. Bei dieser Weiterbildung wird zu der berechneten minimalen Breite des Microjoints ein empirisch ermittelter Sicherheitsfaktor addiert, der den Einfluss äußerer Störgrößen, wie beispielsweise Erschütterungen beim Stanzprozess, Durchhang des Werkstückteils, Auslenkung des Werkstückteils beim Überfahren von Auflageelementen (z.B. Kugeln oder Bürsten) berücksichtigt. Außerdem kann durch den Sicherheitsfaktor die an der Ansatzposition des Microjoints auftretende Kerbwirkung aufgrund der sprunghaften Durchmesserreduzierung berücksichtigt werden, die zu einer Verringerung der maximal zulässigen Biegespannung führt. Der Sicherheitsfaktor ist dabei idealerweise von der berechneten Breite des Microjoints abhängig, d.h. es handelt sich nicht um einen Absolutwert. Auf diese Weise verändern sich die berechneten minimalen Microjoint-Breiten für die unterschiedlichen Werkstückteile eines Werkstücks relativ und nicht absolut, was verhindert, dass kleine Werkstückteile mit einem überdimensionierten Microjoint angebunden werden.In a further development of this variant, the minimum width of the microjoint is composed of the minimum width of the microjoint at which the maximum bending stress is not exceeded, and a safety factor, the safety factor preferably being dependent on the minimum width of the microjoint at which the maximum bending stress is not exceeded. In this development, an empirically determined safety factor is added to the calculated minimum width of the microjoint, which counteracts the influence of external disturbances, such as vibrations during the punching process, sagging of the workpiece part, deflection of the workpiece part when it passes over support elements (e.g. balls or brushes). considered. In addition, the safety factor can take into account the notch effect occurring at the attachment position of the microjoint due to the sudden diameter reduction, which leads to a reduction in the maximum permissible bending stress. The safety factor is ideally dependent on the calculated width of the microjoint, ie it is not an absolute value. In this way, the calculated minimum microjoint widths for the different workpiece parts of a workpiece change relatively and not absolutely, which prevents small workpiece parts from being connected with an oversized microjoint.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Ansatzposition eines Microjoints, durch den ein Werkstückteil mit einem Restwerkstück eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks verbunden bleibt, umfassend: Bestimmen einer minimalen Breite des Microjoints bei mehreren verschiedenen Ansatzpositionen entlang einer Außenkontur des Werkstückteils, wobei die minimale Breite gemäß dem weiter oben beschriebenen Verfahren bestimmt wird, sowie Auswählen derjenigen Ansatzposition entlang der Außenkontur für die Bearbeitung des Werkstücks, für welche die kleinste minimale Breite des Microjoints bestimmt wurde. Die weiter oben beschriebene Bestimmung der minimalen Breite des Microjoints wird in diesem Fall für unterschiedliche Ansatzpositionen entlang der Außenkontur durchgeführt, um zu ermitteln, an welcher Stelle bzw. an welcher Ansatzposition der Microjoint die kleinste Breite annehmen würde. Im Programmiersystem zum Erstellen des Steuerungsprogramms für die Bearbeitungsmaschine kann dann diese Stelle als Ansatzposition des Microjoints automatisch ausgewählt werden.Another aspect of the invention relates to a method for determining an attachment position of a microjoint, by means of which a workpiece part remains connected to a remaining workpiece of an in particular plate-shaped workpiece, comprising: determining a minimum width of the microjoint at several different attachment positions along an outer contour of the workpiece part, with the minimum Width is determined according to the method described above, as well as selecting that approach position along the outer contour for machining the workpiece for which the smallest minimum width of the microjoint was determined. The determination of the minimum width of the microjoint described above is carried out in this case for different attachment positions along the outer contour in order to determine at which point or at which attachment position the microjoint would assume the smallest width. In the programming system for creating the control program for the processing machine, this point can then be automatically selected as the attachment position of the microjoint.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Bearbeiten eines insbesondere plattenförmigen Werkstücks, bei dem der mindestens eine Microjoint an einer Ansatzposition entlang einer Außenkontur des Werkstückteils gebildet wird, die gemäß dem weiter oben beschriebenen Verfahren zum Bestimmen der Ansatzposition bestimmt wurde. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird eine Ansatzposition entlang der Außenkontur gewählt, bei welcher der Microjoint eine minimale Breite aufweist.A further aspect of the invention relates to a method of the type mentioned at the outset for processing a particularly plate-shaped workpiece, in which the at least one microjoint is formed at an attachment position along an outer contour of the workpiece part that was determined according to the method described above for determining the attachment position. As described above, an attachment position is selected along the outer contour at which the microjoint has a minimum width.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, welches zur Durchführung aller Schritte der oben beschriebenen Verfahren ausgebildet ist, wenn das Computerprogramm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft. Bei der Datenverarbeitungsanlage kann es sich insbesondere um ein Programmiersystem, d.h. um einen Computer zur Programmierung der Steuerprogramme für eine numerische Steuerungseinrichtung einer Bearbeitungsmaschine z.B. zum schneidenden Bearbeiten und/oder zum Transportieren eines Werkstücks oder einer maschinellen Anordnung mit einer solchen Bearbeitungsmaschine handeln. Läuft das Computerprogramm in dem Programmiersystem ab, so wird ein Bearbeitungsprogramm erzeugt, welches u.a. eine Abfolge von (Steuerungs-) Befehlen zum Bearbeiten des Werkstücks aufweist. Das so erzeugte Bearbeitungsprogramm kann anschließend von einer numerischen Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsmaschine bzw. einer diese Bearbeitungsmaschine enthaltenden maschinellen Anordnung ausgeführt werden.The invention also relates to a computer program product which is designed to carry out all the steps of the method described above when the computer program runs on a data processing system. The data processing system can in particular be a programming system, i.e. a computer for programming the control programs for a numerical control device of a processing machine, e.g. for cutting processing and / or for transporting a workpiece or a machine arrangement with such a processing machine. If the computer program runs in the programming system, a machining program is generated which, among other things, has a sequence of (control) commands for machining the workpiece. The machining program generated in this way can then be executed by a numerical control device of the processing machine or a machine arrangement containing this processing machine.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention emerge from the description and the drawing. The features mentioned above and those listed below can also be used individually or collectively in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for describing the invention.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsmaschine in Form einer Laserschneidmaschine zum trennenden Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks, -
2a,b schematische Darstellungen eines Werkstückteils, das über einen Microjoint mit einem Restwerkstück verbunden ist, beim Verkippen aufgrund eines Gasdrucks eines Schneidgases, -
3 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsmaschine in Form einer kombinierten Laser- und Stanzmaschine, sowie -
4a,b Darstellungen eines Werkstückteils, das über einen Microjoint mit einem Restwerkstück verbunden ist, beim Verschieben entlang einer Werkstückauflage.
-
1 a schematic representation of a processing machine in the form of a laser cutting machine for the separating processing of a plate-shaped workpiece, -
2a, b schematic representations of a workpiece part, which is connected to a remaining workpiece via a microjoint, when tilting due to the gas pressure of a cutting gas, -
3 a schematic representation of a processing machine in the form of a combined laser and punching machine, as well as -
4a, b Representations of a workpiece part, which is connected to a remaining workpiece via a microjoint, when moving along a workpiece support.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference symbols are used for identical or functionally identical components.
Zum Laserschneiden des Werkstücks
Sowohl das Einstechen als auch das Laserschneiden können durch Hinzufügen eines Gases unterstützt werden. Als Schneidgase
Wird ein Laserschneidkopf
Je nachdem, wie das Werkstückteil
In diesem Fall darf die Breite BMJ des Microjoints
Die Berechnung bzw. die Bestimmung der minimalen Microjoint-Breite BMJ,min, die nicht unterschritten werden darf, um eine Kollision des aufstehenden Werkstückteils
- Als Auflagestegkonfiguration S wird die Menge aller Punkte in der XY-Ebene bezeichnet, die durch die
Spitzen der Auflagestege 5 gegeben sind, die in2a durch in X-Richtung verlaufende gepunktete Linien dargestellt sind. Gegeben sind weiterhin die zu schneidende Außenkontur P des Werkstückteil14 , die Microjoint-Position m und die Freischneideposition f entlang der zu schneidenden Außenkontur P.
- The support web configuration S is the set of all points in the XY plane that are defined by the tips of the
support webs 5 are given in2a are represented by dotted lines running in the X direction. The outer contour P of the workpiece part to be cut is also given14th , the microjoint position m and the free cutting position f along the outer contour P to be cut.
Der in
Anhand der oben beschriebenen Größen kann die minimale Breite BBJ,min des Microjoints
In erster Näherung ist der Verkippwinkel α des Werkstückteils
Experimentell wurde außerdem ermittelt, dass 1/ α direkt proportional zur dritten Potenz der Breite BMJ des Microjoints
Zu einem gegebenen Verkippwinkel α soll erfindungsgemäß sichergestellt werden, dass die Aufstehhöhe
Diese Bedingung ist erfüllt, wenn
Ist e < hmax, kann also das Werkstückteil
sin(c*F*d/BMJ 3) < hMax/ e, was genau dann gilt, wenn
c* F*d/BMJ 3 < arcsin(hMax/e), was genau dann gilt, wenn
If e <h max , the workpiece part can
sin (c * F * d / B MJ 3 ) <h Max / e, which is true if and only if
c * F * d / B MJ 3 <arcsin (h Max / e), which is true if and only if
Durch diese Ungleichung ist die Breite BMJ des Microjoints
Die minimale Breite BMJ,min des Microjoints
Die minimale Breite BMJ,min des Microjoints
Die als Laser- und Stanzmaschine ausgebildete Werkzeugmaschine
Das Werkstück
Die Berechnung der minimalen Microjoint-Breite BBJ,min ist von der Position m des Microjoints am Werkstückteil
- Vorteilhaft
ist der Microjoint 17 an einer Stelle (Microjoint-Position bzw. Ansatzposition m) am Werkstückteil14 angebracht, an der sich die Hauptträgheitsachse des Werkstückteils14 mit der Außenkontur P schneidet (z.B. an einer Symmetrieachse des Werkstückteils14 - abweichend von der in4a,b gezeigten Darstellung). Auf diese Weise entfällt eine Torsionsbeanspruchung des Microjoints17 durch die Gewichtskraft FG. Befindet sich der Microjoint17 zusätzlich an einer Position m entlang der Außenkontur P, die sich durch Projektion des Schwerpunkts S des Werkstückteils14 in Richtung der Relativbewegung zwischen Werkstückteil14 und Werkstückauflage5 ergibt, entfällt eine weitere Biegebelastung durch die Beschleunigungs- und Reibkraft in einer zweiten Achsrichtung.
- The microjoint is advantageous
17th at one point (microjoint position or attachment position m) on the workpiece part14th attached to which the main axis of inertia of the workpiece part14th intersects with the outer contour P (e.g. on an axis of symmetry of the workpiece part14th - different from the in4a, b illustration shown). In this way, there is no torsional stress on the microjoint17th by the weight F G. Is the microjoint17th additionally at a position m along the outer contour P, which is determined by the projection of the center of gravity S of the workpiece part14th in the direction of the relative movement between the workpiece part14th andworkpiece support 5 results, there is no further bending load due to the acceleration and frictional force in a second axial direction.
Zudem sollte der Microjoint
Für die nachfolgend beschriebene Auslegung der minimal notwendigen Microjoint-Breite BBJ,min gelten folgende Annahmen:
- • In Z-Richtung wirkt die Gewichtskraft FG des
Werkstückteils 14 , die am Massenmittelpunkt (Schwerpunkt S) angreift. - • In X- und Y-Richtung wirken eine (Achs-)Beschleunigung ax, aY und eine Haftreibung auf
den Microjoint 17 - • Die Kräfte greifen am Schwerpunkt S an, dabei ist ein kleiner Hebel (= Abstand Schwerpunkt S - Ansatzposition m des Microjoints
17 ) günstig. Dies legt die bevorzugte Ansatzposition m des Microjoints17 am Werkstückteil 14 fest. - •
Der Microjoint 17 liegt auf einer der Hauptträgheitsachsen. - • Beim Laserschneiden wird der Microjoint
17 am Schnittende gesetzt, so dass der Gasdruck eine untergeordnete Rolle spielt und vernachlässigt werden kann.
- • The weight F G of the workpiece part acts in the Z direction
14th that attacks at the center of mass (center of gravity S). - • An (axial) acceleration a x , a Y and static friction act on the
microjoint 17 in the X and Y directions - • The forces act on the center of gravity S, there is a small lever (= distance between the center of gravity S and the attachment position m of the microjoint
17th ) cheap. This sets the preferred attachment position m of the microjoint17th on the workpiece part14th fixed. - • The microjoint
17th lies on one of the main axes of inertia. - • When laser cutting, the microjoint
17th set at the end of the cut so that the gas pressure plays a subordinate role and can be neglected.
Für die Berechnung der minimal notwendigen Microjoint-Breite BBJ,min unter den obigen Annahmen werden folgende Größen benötigt:
- • Geometrische Eigenschaften des Werkstückteils
14 :- ◯ Schwerpunkt S des Werkstückteils 14
- ◯ Ansatzpunkt m des Microjoints
17 : liegt optimaler Weise auf einer der Hauptträgheitsachsen des Werkstückteils14 , die einer jeweiligen Symmetrieachse des Werkstückteils14 entsprechen (falls vorhanden)
- • Materialeigenschaften:
- ◯ Blechdicke d
- ◯ zulässige Spannung Bges
- ◯ E-Modul
- ◯ Dichte (Gewicht bzw. Masse m)
- ◯ Reibwert bzw. Reibungskoeffizient µ
mit der Werkstückauflage 5
- • Achsparameter der Werkzeugmaschine
20 :- o Beschleunigung aX, aY in X- und Y-Richtung
- • Geometrical properties of the workpiece part
14th :- ◯ Center of gravity S of the
workpiece part 14 - ◯ Starting point m of the microjoint
17th : optimally lies on one of the main axes of inertia of the workpiece part14th , that of a respective axis of symmetry of the workpiece part14th correspond (if present)
- ◯ Center of gravity S of the
- • Material properties:
- ◯ sheet thickness d
- ◯ permissible voltage Bges
- ◯ modulus of elasticity
- ◯ Density (weight or mass m)
- ◯ Coefficient of friction or coefficient of friction µ with the
workpiece support 5
- • Axis parameters of the machine tool
20th :- o Acceleration a X , a Y in the X and Y directions
Der Microjoint
Moment in Schwerkraftrichtung (um die X-Achse):
Moment in X- und Y-Richtung (um die Z-Achse):
Bei dem in
Bestimmung des Widerstandmoments WX, WY des Microjoints
Daraus lässt sich die Biegespannung Bges am Microjoint
Die Microjoint-Breite BBJ muss so gewählt werden, dass die Biegespannung Bges höchstens so groß ist wie die Streckgrenze Rp0,2 für das Material des aktuell verschobenen Werkstücks
Die minimale Microjoint-Breite BMJ,minB berechnet sich dann für diesen vorgegebenen Grenzwert Rp0,2 der Spannung Bges,max wie folgt:
Bei der minimalen Microjoint-Breite BBJ,minB handelt es sich um das Maximum der beiden Werte BMJ1, BMJ2, weil der kleinere der beiden Werte aufgrund der bei der Berechnung verwendeten Wurzel stets negativ ist.The minimum microjoint width B BJ, minB is the maximum of the two values B MJ1 , B MJ2 because the smaller of the two values is always negative due to the root used in the calculation.
Zu der berechneten minimalen Microjoint-Breite BBJ,minB kann ein empirisch ermittelter Sicherheitsfaktor c1 addiert werden, der den Einfluss äußerer Störgrößen, wie beispielsweise Erschütterungen beim Stanzprozess, Durchhang des Werkstückteils
Außerdem kann durch den Sicherheitsfaktor c1 die an der Ansatzposition m des Microjoints
Sowohl das in Zusammenhang mit
Die minimale Breite BBJ,min sowie die Ansatzposition m des Microjoints
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